Флавнновые ферменты. Химическая природа н роль.Флавиновые дегидрогеназы

составляют другую грушу дегидрогеназ Коферменгами для них являются флавинадениндидаклеотид (ФАД) или флавиномононуклеотид ГФМН) Эти коферменты являются производными рибофлавина (витамгна 82) Рибофлавин содержит циклическую юоагаюксазиновую группировку и остаток пятитомного спирта рибитола [7.8-диме-тил-10(Г-рибитил)изиал]юксазин] ФМН представляет совой ри-бофлавин-51-фосфат, а ФАД, кроме того, содержит остаток адениловой кислоты

Флавиновые коферменты прочно связаны с апоферментамн, следовательно, флавиновые дегидрогеназы ~ это сложные белки В ходе реакции отщепляемые от субстрата атомы водорода присоединяются к изоаллоксазиновой группировке кофермента

К флавиновьш ферментам, содержащим ФМН, принадлежит НАД-Н-дегидрогеназа, которая окисляет НАД-Н .Акцептором водорода в этой реакции служит кофермеит Q (убихинон), который в клетке может существовать в окисленной (убихинон Q) и восстановленной формах (убихинол QH2) НАД-Н-Дегидрогеназа переносит водород с НАД-Н на убихинон

НАД-Н+1 №- + Q -> НАД+ + QH2

При этом атомы водорода сначала присоединяются к ФМН в составе НАД-Н-дегидрогенязы (первая полуреакдия), а затем передаются на убихинон (вторая полуреакция)

Дегидрогеяюы содержащие ФАД, катализируют отщепление водорода от групп -CH2-CH2- с образованием двойной связи.

Цитохромы.

Электроны с восстановленного коэнзима переносятся по системе ферментов получивших название цитохромы на кислород и активируют его Протоны попадают в окружающую среду и соединяются с кислородом только после его активации.

Цитохромы окрашенные компоненты клеток содержащие в своей структуре геминовые коферменты Все цитохромы таким образом являются гемопротеидами. Гемопротеиды содержат в своей структуре железопорфериновую простетическую группу которая напоминает по своей структуре гем гемопюбина, но не идентично гему Отличие заключается в боковых цепях парфиринового ядра Каждая железопарфириновая группировка содержит атом железа за счет изменения валентности которою ферменты осуществляют перенос электронов Железо легко пеняет свою валентность и поэтому легко может выполнять электронотранспортную функцию

В рассматриваемой нами цепи переносчиков электронов с KoQH2 на кислород функционирует 5 цитохромов 1 из них объединяются 2 надмолекунярных комплекса

Первый из них именуемый KoQH2 цитохром-С-оксидоредуктаза содержит: цитохром в1, железосерный центр и цнтохром cl.

Функция железосерного комплекса перенос электронов с цитохрома в1 на цитохром cl За счет работы этого комплекса электроны с KoQH2 переносятся на железопорфериновую группировку цитохрома С восстанавливая в группировке атом железа

Второй цитохромный комплекс называется циозом-С-оксидаза и включает в себя 2 цитохрома а и второй цитохром аЗ Особенностью цитохрома аЗ является наличие иона Си причем 2 атома Электроны вначале поступают на железопорфериновую группировку цитохрома а затем они переносятся на атомы Си и лишь затем передаются на кислород

55. Гннтез и расщеп.тение гликоееиа

Повышение концентрации глюкозы в крови (например в результате ее всасывания из кишечника на высоте пищеварения) поступление глюкозы в клетку может увеличиваться и часть глюкозы может использоваться для синтеза гликогена

Накопление резерва углеводов в клетках в виде гликогена имеет преимущество по сравнению с накоплением глюкозы Поступившая в клетку глюкоза подвергается фосфорилированию с участием фермента гексокиназы или гюкокиназы. Образующаяся глюкоза-6-фосфат с участием фермента фосфоглюкомутаэы изомеризуется в глюкоза-1-фосфат Далее глюкоза-1-фосфат за счет энергии уридинтрифосфорной кислоты с участием фермента глюкоза-I-фосфат уридил трансфераза превращается в уридиндифосфоглюкозу Образующийся пирофосфат немедленно расщепляется пирофосфотазой

необратима - реакция термодинамического контроля УДФ глюкоза с участием фермента гликоген-синтетазы (этот фермент способен образовывать а-1,4-гликозидные связи в гликогене) включается в молекулу гликогена Фермент гликоген-синтетаза способен присоединять остатки к строящейся молекуле гликогена только путем образования а 1,4-гликозндной связи Следовательно с участием этого фермента может синтезироваться только линейный полимер Гликоген полимер разветвленный имеющий а-1,б-гликозидные связи в точках ветвления Оказывается для образования этих связей необходим еще один фермент получивший название фермента ветвления

Синтез гликогена идет во всех органах и тканях Однако наибольшее количество содержится в печени и мышцах Включение одного остатка глюкозы в молекулу гликогена сопровождается использованием двух макроэргических эквивалентов Необходима одна молекула АТФ и одна молекула УДФ Поэтому синтез гликогена может идти только при достаточной энергообеспеченности клеток, т е при высокой концентрации АТФ.

МОБИЛИЗАЦИЯ ГЛИКОГЕНА

Гликоген как резерв глюкозы накапливается в клетках в постадсорбционном периоде (после всасывания) и расходуется затем.

Расщепление гликогена в печени получило название мобилизация гликогена Происходит за счет фермента гликоген фосфорилазы Он

катализирует расщепление а-1,4-гликозидные связи в молекулах гликогена

Гликоген-» гл-1-ф <—> гл.-6-ф -> глюкоза + НзРО, (С,Н100,)п фосфородиз фосфоглюкомутаза глюкоза-6-фосфотаза

Ргуляция процессов синтеза и распада гликогена.

Сопоставим эти процессы. Эти процессы различны Это обстоятельство дает возможность раздельно регулировать синтез и распад гликогена Регуляция осуществляется на уровне 2 ферментов гликогенфосфорилазы и гликогенсинтетазы

Основным механизмом регуляции активаостн этих ферментов является их ковалентная модификация путем фосфорилирования - дефосфорилирования

Фосфорилированная фосфорилаза активна (отвечает за расщепление гликогена) ее называют фосфорилаза-А В то время как фосфоритрованная гяикогенсинтетаза неактивна ( активная форма отвечает за синтез) а дефосфоршппмванные формы наоборот Дефосфорилированная фосфорилаза неактивна - фосфорилаза-В

РАСПАД ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ

Первичным сигналом стимулирующим мобилизацию гликогена в печени является снижение концентрации глюкозы в крови Если вы хотели есть, но вас отвлекли как ребенка и ничего не давать, то дальше он уже не просит есть Почему?

1. В ответ на это а-клетки островков Лангерганса панкреатической железы выбрасывают в кровь гормон ГЛЮКАГОН.

2. Глюкагон циркулирующий в крови взаимодействует со своим белком-рецептором находящимся на внешней стороне наружной клеточной мембраны и образует гормон-рецепторный комплекс

3. Затем с помощью специального механизма после образования гормон-рецепторного комплекса происходит активация фермента аденилатциклазы (G белки меняют свою конформацию и переводят в активную форму адекилатциклазу)

4. Активная форма начинает образовывать циклический АМФ из АТФ 5. ЦАМФ способен активировать еще один фермент - протеилкитза Этот фермент состоит из 4 субъединиц 2-х регуляторных и 2-х каталитических Две молекулы ЦАМФ присоединяются к регуляторньш субъединицам => происходит изменение конформации и высвобождаются каталитические субъединицы

6. Каталитические субъеднницы обеспечивают фосфорнлироваиие ряда белков, в том числе ферментов В частности они обеспечивают фосфорилирофание гликогенсинтетазы и это сопровождается блокированием синтеза гликоген Кроме этого происходит фосфорилирование киназы-фосфорилазы (слово киназа означает фосфорилироваиие) которая фосфорилирует пшкогекфосфоршшу Отсюда активация расщепления гликогена с выходом глюкозы в кровь

7. Выброшенная глюкоза в кровь увеличивает концентрацию доводя ее до нормальных величин Стимуляция расщепления гликогена в печени происходит так же за счет выброса адреналина

56. АЭРОБНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ

Анаэробное расщепление глюкозы до лактата(гликолиз)и гликогенолиз. Поскольку в ходе этого превращения используются молекулы восстановленного НАД которые образовались при окислении трифосфоглицеринового альдегида то система становиться независимой от киолдорода

Комбинация реакции в ходе которых окисление трифосфоглицеринового альдегида в 1,3 дифосфоглицерат генерирует восстановленный НАД используемый в дальнейшем для восстановления пирувата в лактат получило название - гликолитическая оксидоредукция

1-ый этап Окисление глюкозы до пирувата. Что здесь важно подчеркнуть По свременным представлениям 1 этап окисления люкозы протекает в цитозоле и катализируется

1 этап в свою очередь может быть разделен на е стадии В реакциях 1-ой стадии происходит:

а)фосфорилирование глюкозы

б) изомеризация остатка глюкозы в остатокфруктозы.

в) дополнительное фосфорилирование фруктозного остатка

г) расщепление гексозрого

Первая реакция катализируется ферментом гексокиназой. Эта реакция фосфорилирования глюкозы за счет энергии АТФ В ходе реакции теряется 5 ккал/моль и поэтому реакция в условиях клетки необратима

Вторая реакция изомеризация катализируется ферментом фосфогексоизомеразой. Превращением в фруктозу 6 фосфат

Третья реакция снова киназная которую катализирует фосфофруктокиназа Выделяется 3,4 ккал/моль практически в клетках необратима За счет энергии АТФ происходит фосфорилирование с образованием фруктоза б бифосфата

Четвертая реакция альдолазная катализируемая ферментам альдолазой Входе этой реакции происходит альдолазное расщепление фруктоза-6-бисфосфата. в итоге образуется 2 фосфотриозы.

Следующая реакция в ходе которои фосфодиоксиацетон изомеризуется с превращением трифосфоглицириновый альдегид Катализирует эту реакцию фосфотриоза-изомераза.

Вывод: Таким образом в ходе первой стадии затрач 1Вается 2 молекулы АТФ и оорачуется молекулы фосфоглицеринового альдегида Иногда эту стадию называют подготовительной Т е идет дальнейшая подготовка к окислению уже образующихся фосфотриоз.

На второй стадии первого этапа. Происходит окисление фоосфоглицеринового альдегида в пируват. Поскольку при распаде молекулы глюкозы образуется 2 молекулы фосфоглицеринового альдегида, то вдальнейшем при описании процесса мы должны учитывать это обстоятельство.

Первая реакция является окислительной. Мы о ней говорили когда расматривали

Дегидрогеназа трифосфоглицеринового альдегида. Одновременно участником реакции является фосфорная кислота Названный фермент является НАД зависимым т е одержи в качестве кофермента НАД Происходящий процесс окисления путем дегидрирования приводит

запасается в образующимся окисленном соединении называющимся 1,3 дифосфоглицерат.

Во второй реакции происходит образование АТФ Фермент катализирующий эту реакцию называется фосфоглицераткиназа В ходе этой реакции энергия вместе с фосфатной группой передается на АДФ образованием АТФ Образующееся оединение в ходе этои реакции это 3-фосфоглицерат.

В третей реакции катализируемои фосфоглицератмутазой происходит перенос фэсфатной группы от 3 углеродного атома ко 2-му углеродному атому. Образуется фосфоглицерат.

В четвертой реакции катализируемой ферментом енолазой, происходит перегруппировка связей и образование макроэргического соединения фосфоэнолпирувата(ФЭП). В ходе пятой реакции катализируемой ферментом пируваткиназой происходит перенос вместе с энергией фосфорильного остатка на АДФ с образованием АТФ. Образуется кетокислота простеишая извествой под названием пировиноградная кислота (пируват) Необратима т к сопровождаетсяч потерей 7,5 ккал/моль. На этом первый этап заканчивается.

57. Аэробный распад глюкозы. Основными из них являются анаэробные расщепление глюкозы до лактата(гликолиз) и гликогенолиз.

В анаэробных усповиях расщепление до лирувата идет аналогично аэробному пути окислению. Пировиноградная кислота за счет лактатдегидрогиназы с использованием восстановленного НАД восстанавливается до молочной кислоты. Поскольку в ходе этого превращения используются молекулы восстановленного НАД, которые образовались при окислении трифосфоглицеринового альдегида, то система становиться независимой от кислдорода.

Комбинация реакций в ходе которых окисление тряфосфоглкцеринового альдегида в 1,3 дифоофоглицерат генерирует восстановленный НАД, используемый в дальнейшем для восстановления пирувата в лактат подучило название - гликолитическая оксидоредукция.

Расщепление глюкозы до лактата сопровождается высвобождением примерно 1/12 части энергии заключенной в химической связи глюкозы. Тем не менее на каждую распавшуюся в ходе анаэробного гликолиза молекулу глюкозы клутка получает 2 молекулы АТФ. При гликогинолизе клетка получит 3 молекулы АТФ на каждый остаток глюкозы из молекулы гликогена. Почему 3 ? Потому, что фосфоролиз не требует АТФ в отличии от гексокиназной реакции, т.е. при гликогенолизе расходуется только 1 молекула АТФ, а 4 образуется.

Несмотря на очевидную невыгодность в отношении количества высвобождаемой энергии анаэробный гликолиз и гликогенолиз позволяет клеткам существовать в условиях отсутствия кислорода.

Когда такие ситуации возникают?

Во-первых анаэробный путь окисления глюкозы обеспечивает энергией в условиях высокой экстренно возникающей нагрузке. Во-вторых эти процессы играют большую роль в обеспечении клеток энергией при

выраженным расстройством гемодинамики. Суммарное уравнение гликолиза

гл. + 2АДФ + 2Н3РО4 -> 2лактат + 2АТФ + 2НгО Сгл-3,3 - 5,5 норма Споч.порог= 9,0 млмоль/литр